Em homenagem ao “grande teórico liberal” Lucas de Moura Lima, para quem a Física Quântica é coisa de comunista, publico um texto do Isaac Asimov onde ele explica o Princípio da Incerteza de Heisenberg.

O texto é curto e simples, escrito por um grande divulgador da ciência. Tenho certeza que Lucas, se fizer um esforço, perceberá que não é tão complicado assim.

Com isto, esperamos que Lucas tenha um pouco de contato teórico com a Física Quântica e comece a perceber que, ao contrário do que ele acredita, o Ciência não é uma invenção dos Lord Sith para levar os desavisados para o Lado Sombrio.

O que é o Princípio da Incerteza de Heisenberg?

Isaac Asimov*

Para explicar o conceito de incerteza, consideremos, inicialmente, o conceito de certeza. Quando se conhece alguma coisa a respeito de determinado objeto, com segurança e exatidão, tem-se certeza aceca de um conjunto de dados, seja lá quais forem.

Mas será que os táquions existem realmente? É possível admitirmos a existência de um universo de táquions que não viola a teoria de Einstein, mas possibilidade de existência não significa necessariamente existência.

E como se chega a conhecer algo? De uma maneira ou de outra, deve-se interagir com o objeto. Deve-se pesá-lo na determinação de seu peso, deve-se golpeá-lo para verificar sua dureza, ou talvez apenas olhar para ele, a fim de ver onde se encontra. Mas alguma interação deve haver, ainda que seja mínima.

Pode-se sustentar que esta interação sempre introduz alguma perturbação na propriedade que se deseja determinar. Em outra palavras, o próprio ato de aprender interfere no objeto em estudo, de forma que no final este não fica conhecido de maneira exata.

A título de exemplo, suponhamos que o leitor queira medir a temperatura da água de sua banheira. Para isso, introduz nela um termômetro. Mas o termômetro está frio e a sua presença na água torna-a um pouco mais fria. Pode-se obter uma boa aproximação da temperatura, mas não com a precisão de trilionésimo de grau. O termômetro alterou a temperatura que estava sendo medida, mas a perturbação por ele introduzida foi quase imensurável.

Como outro exemplo, suponhamos que agora você queira medir a pressão do ar num pneu. Para tanto, utiliza-se de um instrumento munido de pequeno êmbolo, o qual é empurrado por uma pequena quantidade de ar que escapa do pneu. Mas o fato de que o ar escapa significa que a pressão de ar baixou um pouquinho no ato de medi-la.

É possível construir instrumentos de medição tão pequenos e sensíveis, e que se utilizem de métodos indiretos, de forma a não introduzir a menor modificação na propriedade que se deseja medir?

Em 1927, o físico alemão Werner Heisenberg concluiu que não. Um instrumento de medição pode ser muito pequeno, de dimensões tão reduzidas quanto uma partícula subatômica mas não menor. Ele deve utilizar-se de, no mínimo, um quantum de energia, mas não menos. Uma única partícula e um único quantum de energia já são suficientes para introduzir algumas alterações. Se você simplesmente olhar para algo, a fim de vê-lo, isso é possível em virtude do fato de que fótons de luz ricocheteiam no objeto, o que introduz alguma mudança.

Essas mudanças são extremamente pequenas e, na vida quotidiana, podem ser ignoradas, e realmente o são – mas de qualquer maneira as mudanças ainda estão lá. E se estivermos lidando com objetos tão pequenos, para os quais mesmo as menores mudanças assumem grandes proporções?

Se você quisesse saber a posição de um elétron, por exemplo, teria de fazer incidir sobre ele um quantum de luz, ou, mais provavelmente, um fóton de raio gama, a fim de “vê-lo”. O fóton incidente empurraria o elétron, tirando-o de sua posição original.

Heisenberg conseguiu demonstrar, em particular, a impossibilidade de se elaborar qualquer método para se determinar exatamente e ao mesmo tempo a posição e o momento de qualquer objeto. Quanto mais acurada for a determinação da posição, mais imprecisa será a determinação do momento, e vice-versa. Calculou também qual seria o valor da falta de precisão ou “incerteza” em tais grandezas, sendo esse o seu “princípio da incerteza”.

O princípio da incerteza implica em uma certa “granulosidade” no universo. Ao se ampliar uma foto de jornal, chega-se, por fim, ao ponto em que apenas pequenos grãos ou pontos são percebidos, perdendo-se todos os detalhes. O mesmo acontece ao se olhar muito de perto para o universo.

Algumas pessoas ficaram desapontadas com esse princípio, pois julgavam-no uma confissão de eterna ignorância. Mas não é nada disso. Estamos interessados em aprender como o universo comporta-se, e o princípio da incerteza é um fator chave desse comportamento. A “granulosidade” está aí, e isso é tudo. Heisenberg mostrou-nos isso, e os físicos lhe são gratos.

* Isaac Asimov foi escritor e bioquímico nascido na Russia.  Foi um dos maiores autores de Ficção Científica da História e um dos grandes nomes da divulgação científica de todos os tempos.